Алуминиумската легура 6061T6 со голема дебелина на ѕидот треба да се гаси по топлото истиснување. Поради ограничувањето на дисконтинуираното истиснување, дел од профилот ќе влезе во зоната за водено ладење со задоцнување. Кога следниот краток ингот ќе продолжи да се екструдира, овој дел од профилот ќе претрпи одложено гаснење. Како да се справите со областа на одложено гаснење е прашање што секоја производствена компанија треба да го земе предвид. Кога отпадот од процесот на екструзија е краток, земените примероци за перформанси понекогаш се квалификувани, а понекогаш неквалификувани. При повторно земање примероци од страна, перформансите повторно се квалификувани. Оваа статија дава соодветно објаснување преку експерименти.
1. Материјали и методи за тестирање
Материјалот што се користи во овој експеримент е алуминиумска легура 6061. Нејзиниот хемиски состав, мерен со спектрална анализа, е како што следува: Тој е во согласност со меѓународниот стандард GB/T 3190-1996 за состав на алуминиумска легура 6061.
Во овој експеримент, дел од екструдираниот профил беше земен за третман во цврст раствор. Профилот долг 400 mm беше поделен на две области. Областа 1 беше директно изладена со вода и калена. Областа 2 беше изладена на воздух 90 секунди, а потоа изладена со вода. Тест-дијаграмот е прикажан на Слика 1.
Профилот од алуминиумска легура 6061 што се користеше во овој експеримент беше екструдиран со екструдер 4000UST. Температурата на калапот е 500°C, температурата на леаната прачка е 510°C, температурата на излезот на екструзијата е 525°C, брзината на екструзија е 2,1 mm/s, за време на процесот на екструзија се користи водено ладење со висок интензитет, а од средината на екструдираниот завршен профил се зема тест парче со должина од 400 mm. Ширината на примерокот е 150 mm, а висината е 10,00 mm.
Земените примероци беа поделени, а потоа повторно подложени на третман со раствор. Температурата на растворот беше 530°C, а времето на растворање беше 4 часа. Откако ги извадија, примероците беа ставени во голем резервоар за вода со длабочина на вода од 100 mm. Поголемиот резервоар за вода може да обезбеди температурата на водата во резервоарот малку да се промени откако примерокот во зона 1 ќе се излади со вода, спречувајќи зголемувањето на температурата на водата да влијае на интензитетот на ладење на водата. За време на процесот на ладење со вода, осигурајте се дека температурата на водата е во опсег од 20-25°C. Угасените примероци беа зреени на 165°C*8 часа.
Земете дел од примерокот долг 400 mm, широк 30 mm и дебелина 10 mm и извршете тест за тврдост според Бринел. Правете 5 мерења на секои 10 mm. Земете ја просечната вредност од 5-те тврдини според Бринел како резултат на тврдоста според Бринел во овој момент и набљудувајте го моделот на промена на тврдоста.
Механичките својства на профилот беа тестирани, а затезниот паралелен пресек од 60 mm беше контролиран на различни позиции на примерокот од 400 mm за да се набљудуваат затезните својства и локацијата на фрактурата.
Температурното поле на водено ладеното гаснење на примерокот и гаснењето по задоцнување од 90 секунди беше симулирано преку софтверот ANSYS, а беа анализирани и стапките на ладење на профилите на различни позиции.
2. Експериментални резултати и анализа
2.1 Резултати од тестот за тврдост
Слика 2 ја прикажува кривата на промена на тврдоста на примерок долг 400 mm, измерен со тестер на тврдост Бринел (единичната должина на апсцисата претставува 10 mm, а скалата 0 е линијата што ја дели помеѓу нормалното гаснење и одложеното гаснење). Може да се види дека тврдоста на крајот што се лади со вода е стабилна на околу 95 HB. По линијата што ја дели помеѓу гаснењето со ладење со вода и одложеното гаснење со ладење со вода од 90 секунди, тврдоста почнува да опаѓа, но стапката на опаѓање е бавна во раната фаза. По 40 mm (89 HB), тврдоста нагло опаѓа и паѓа до најниската вредност (77 HB) на 80 mm. По 80 mm, тврдоста не продолжи да се намалува, туку се зголеми до одреден степен. Зголемувањето беше релативно мало. По 130 mm, тврдоста остана непроменета на околу 83 HB. Може да се шпекулира дека поради ефектот на топлинска спроводливост, стапката на ладење на делот со одложено гаснење се променила.
2.2 Резултати од тестовите за перформанси и анализа
Табела 2 ги прикажува резултатите од експериментите со истегнување спроведени на примероци земени од различни позиции на паралелниот пресек. Може да се открие дека затегнувачката цврстина и границата на истегнување на бр. 1 и бр. 2 речиси и да немаат промена. Како што се зголемува процентот на краевите со одложено гаснење, затегнувачката цврстина и границата на истегнување на легурата покажуваат значителен тренд на опаѓање. Сепак, затегнувачката цврстина на секоја локација за земање примероци е над стандардната цврстина. Само во областа со најниска тврдост, границата на истегнување е пониска од стандардната на примерокот, перформансите на примерокот се неквалификувани.
Слика 4 ги прикажува резултатите од затегнувачките својства на примерокот бр. 3. Од Слика 4 може да се види дека колку подалеку од линијата на поделба, толку е помала тврдоста на крајот со одложено гаснење. Намалувањето на тврдоста покажува дека перформансите на примерокот се намалени, но тврдоста се намалува бавно, намалувајќи се само од 95HB на околу 91HB на крајот од паралелниот дел. Како што може да се види од резултатите од перформансите во Табела 1, затегнувачката цврстина се намалила од 342MPa на 320MPa за водено ладење. Во исто време, беше откриено дека точката на кршење на затегнувачкиот примерок е исто така на крајот од паралелниот дел со најниска тврдост. Ова е затоа што е далеку од водено ладење, перформансите на легурата се намалуваат, а крајот прв ја достигнува границата на затегнувачката цврстина за да формира заоблен дел. Конечно, се крши од најниската точка на перформанси, а позицијата на кршење е во согласност со резултатите од тестот за перформанси.
Слика 5 ја прикажува кривата на тврдост на паралелниот пресек од примерокот бр. 4 и положбата на фрактура. Може да се види дека колку е подалеку од линијата на поделба со водено ладење, толку е помала тврдоста на крајот со одложено гаснење. Во исто време, локацијата на фрактурата е исто така на крајот каде што тврдоста е најниска, фрактури 86HB. Од Табела 2, се гледа дека речиси и да нема пластична деформација на крајот ладен со вода. Од Табела 1, се гледа дека перформансите на примерокот (цврстина на истегнување 298MPa, принос 266MPa) се значително намалени. Затезната цврстина е само 298MPa, што не ја достигнува границата на истегнување на крајот ладен со вода (315MPa). Крајот формирал врат надолу кога е помал од 315MPa. Пред фрактурата, во областа ладена со вода се јавувала само еластична деформација. Како што исчезнувал напрегањето, така и деформацијата на крајот ладен со вода исчезнала. Како резултат на тоа, количината на деформација во зоната со водено ладење во Табела 2 речиси и да нема промена. Примерокот се крши на крајот од палењето со одложена брзина, деформираната област е намалена, а тврдоста на крајот е најниска, што резултира со значително намалување на резултатите од перформансите.
Земете примероци од областа со 100% одложено гаснење на крајот од примерокот од 400 mm. Слика 6 ја прикажува кривата на тврдост. Тврдоста на паралелниот пресек е намалена на околу 83-84HB и е релативно стабилна. Поради истиот процес, перформансите се приближно исти. Не е пронајден очигледен образец во положбата на фрактура. Перформансите на легурата се пониски од оние на примерокот гаснат со вода.
За понатамошно истражување на регуларноста на перформансите и кршењето, паралелниот пресек на затезниот примерок беше избран во близина на најниската точка на тврдост (77HB). Од Табела 1, беше откриено дека перформансите се значително намалени, а точката на кршење се појави на најниската точка на тврдост на Слика 2.
2.3 Резултати од анализата на ANSYS
Слика 7 ги прикажува резултатите од ANSYS симулацијата на кривите на ладење на различни позиции. Може да се види дека температурата на примерокот во областа за ладење со вода брзо се намалила. По 5 секунди, температурата се намалила под 100°C, а на 80 mm од линијата на поделба, температурата се намалила на околу 210°C на 90 секунди. Просечниот пад на температурата е 3,5°C/s. По 90 секунди во областа за ладење со воздух на терминалот, температурата се намалува на околу 360°C, со просечна стапка на пад од 1,9°C/s.
Преку анализа на перформансите и резултати од симулација, се открива дека перформансите на површината за ладење со вода и површината за одложено гаснење се шема на промена која прво се намалува, а потоа малку се зголемува. Под влијание на ладењето со вода во близина на линијата на поделба, топлинската спроводливост предизвикува примерокот во одредена област да падне со брзина на ладење помала од онаа на ладењето со вода (3,5°C/s). Како резултат на тоа, Mg2Si, кој се зацврстил во матрицата, се таложил во големи количини во оваа област, а температурата паднала на околу 210°C по 90 секунди. Големата количина на таложена Mg2Si довела до помал ефект на ладење со вода по 90 секунди. Количината на фаза на зајакнување на Mg2Si таложила по третманот со стареење била значително намалена, а перформансите на примерокот последователно биле намалени. Сепак, зоната за одложено гаснење далеку од линијата на поделба е помалку засегната од топлинската спроводливост на ладењето со вода, а легурата се лади релативно бавно под услови на ладење со воздух (брзина на ладење 1,9°C/s). Само мал дел од фазата на Mg2Si полека таложи, а температурата е 360C по 90-тите години. По ладењето со вода, поголемиот дел од фазата на Mg2Si е сè уште во матрицата и се дисперзира и таложи по стареењето, што игра зајакнувачка улога.
3. Заклучок
Преку експерименти е откриено дека одложеното гаснење ќе предизвика тврдоста на зоната на одложено гаснење на пресекот на нормалното гаснење и одложеното гаснење прво да се намали, а потоа малку да се зголеми сè додека конечно не се стабилизира.
За алуминиумска легура 6061, затегнувачките цврстини по нормално гаснење и одложено гаснење за 90 секунди се 342MPa и 288MPa соодветно, а јачините на истегнување се 315MPa и 252MPa, што ги исполнува стандардите за перформанси на примерокот.
Постои регион со најниска тврдост, која е намалена од 95HB на 77HB по нормално гаснење. Перформансите овде се исто така најниски, со затезна цврстина од 271MPa и граница на истегнување од 220MPa.
Преку ANSYS анализа, беше откриено дека стапката на ладење на најниската точка на перформанси во зоната со одложено гаснење од 90-тите години се намалила за приближно 3,5°C во секунда, што резултирало со недоволен цврст раствор на фазата на зајакнување Mg2Si. Според овој напис, може да се види дека точката на опасност од перформанси се појавува во областа на одложено гаснење на спојот на нормалното гаснење и одложеното гаснење, и не е далеку од спојот, што има важно водечко значење за разумно задржување на отпадот од процесот на екструзија.
Уредено од Меј Џијанг од MAT Aluminum
Време на објавување: 28 август 2024 година
